Alpha-Rücken
eine ausgedehnte unterseeische vulkanische Rückenstruktur im Arktischen Ozean
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Der Alpha-Rücken (englisch Alpha Ridge) ist eine ausgedehnte unterseeische vulkanische Rückenstruktur im Arktischen Ozean, die sich zwischen dem Kanadabecken und dem Lomonossow-Rücken erstreckt. Zusammen mit dem Lomonossow-Rücken und dem Nansen-Gakkel-Rücken gehört er zu den drei großen transozeanischen Schwellen, die den Meeresboden des Arktischen Ozeans gliedern. Der Alpha-Rücken wurde 1963 entdeckt und zählt zu den bedeutendsten bathymetrischen und geologischen Strukturen der Arktis; sein Ursprung und seine tektonische Bedeutung sind bis heute Gegenstand wissenschaftlicher Kontroversen.[1]
Geographie und Morphologie
Der Alpha-Rücken erstreckt sich vom Kontinentalschelf vor Ellesmere Island (Kanada) über das Amerasische Becken bis zu den Neusibirischen Inseln über eine Distanz von etwa 1770 Kilometern. Nördlich von Sibirien geht er in den schmaleren Mendelejew-Rücken über, wobei beide Strukturen durch einen Sattel bei etwa 83°–84° N, 180° O getrennt sind. Gemeinsam bilden sie den Alpha-Mendelejew-Rückenkomplex mit einer Gesamtlänge von über 1500 Kilometern und einer Breite von 250 bis 450 Kilometern – die größte submarine Struktur im Arktischen Ozeanbecken.[1][2]
Der Rücken erhebt sich etwa 2700 Meter über den umgebenden Meeresboden und reicht an seiner höchsten Stelle bis auf etwa 1400 Meter unter die Meeresoberfläche. Die Untersuchungen des Meeresbodens zeigen eine komplexe Morphologie mit einem System von Rücken und Gräben. Seismische Messungen deuten darauf hin, dass diese Strukturen durch tektonische Brüche im Untergrund entstanden sind.[3]
Der Alpha-Rücken trennt das Amerasische Becken in das kleinere Makarow-Becken im Osten (mit einer mittleren Tiefe von 4000 Metern) und das größere Kanadabecken im Westen (etwa 3800 Meter tief). Der Lomonossow-Rücken, der das Makarow-Becken im Osten begrenzt, hat eine Schwellentiefe von 1870 Metern und trennt damit das Amerasische vom Eurasischen Becken.[4]
Geologie und Entstehung
Krustenstruktur
Seismische Refraktionsuntersuchungen haben gezeigt, dass der Alpha-Rücken durch Regionen mit kontinentalähnlicher Krustendicke charakterisiert ist, aber wahrscheinlich durch einen ozeanischen Bildungsmodus entstanden ist.[5] Die Kruste des Rückens ist in drei Schichten gegliedert: Eine 2 bis 5 Kilometer mächtige obere Schicht mit Geschwindigkeiten von 4,7 bis 5,4 km/s wird als hauptsächlich basaltische Lage interpretiert. Die darunterliegende Schicht ist 3 bis 4 Kilometer dick mit Geschwindigkeiten zwischen 6,2 und 6,5 km/s; die untere Kruste ist durch Geschwindigkeiten von 6,8 bis 7,3 km/s mit einer Moho-Tiefe um 30 Kilometer charakterisiert.[6]
Diese Aufteilung in drei Krustenlagen und die beobachteten Geschwindigkeiten sind ähnlich denen von magmatischen Großprovinzen (Large Igneous Provinces) wie dem Agulhas-Plateau, dem Ontong-Java-Plateau oder dem nördlichen Kerguelen-Plateau. Den Rücken bedecken Sedimente mit einer Dicke von bis zu 2 Kilometern. Seismische Untersuchungen zeigen, dass sich über älteren vulkanischen Ablagerungen eine relativ dünne Sedimentschicht abgelagert hat, was darauf hindeutet, dass der Rücken einst vulkanisch sehr aktiv war.[6]
High Arctic Large Igneous Province (HALIP)
Der Alpha-Rücken ist Teil der Arktischen Magmatischen Großprovinz (High Arctic Large Igneous Province, HALIP), einer der größten und intensivsten magmatischen Provinzen der Erde, die ein Gebiet von mehr als einer Million Quadratkilometern bedeckt.[7] HALIP-Magmatismus umfasst kretazische bis paläogene vulkanische und intrusive Gesteine mit Altern zwischen 130 und 60 Millionen Jahren.[8][9]
Der Magmatismus erfolgte in zwei Hauptphasen: Eine erste Phase von etwa 130 bis 80 Millionen Jahren vor heute und eine zweite Phase ab etwa 100 Millionen Jahren, die sich zeitlich mit der ersten Phase überlappte.[10] Die vulkanischen Gesteine unterscheiden sich in ihrer chemischen Zusammensetzung, was auf verschiedene Magmenquellen im Erdmantel hindeutet.
Einige Forscher unterteilen HALIP in zwei separate Provinzen: die Barents Large Igneous Province (BLIP) mit Spitzenmagmatismus bei etwa 120–130 Jahrmillionen, die mit der Öffnung des Kanadabeckens in Verbindung gebracht wird, und die Sverdrup Large Igneous Province (SLIP) mit Spitzenmagmatismus bei etwa 80–90 Jahrmillionen, die mit der Bildung des Alpha-Rückens zusammenhängt.[11]
Modelle zur Entstehung
Die Natur und Entstehung des Alpha-Rückens sind seit Jahrzehnten umstritten. Verschiedene Modelle wurden vorgeschlagen:[12][5][13]
- Ein aseismisches Plateau (ohne Erdbebenaktivität) über einem Hotspot im Mantel
- Eine Hotspot-Spur auf ozeanischer Kruste
- Eine Interaktion eines Hotspots mit einem Spreizungsrücken
- Ein in der Kreidezeit erloschenes Spreizungszentrum
- Ein versunkener Block kontinentaler Kruste, der von intraplatten-Vulkanismus und Underplating betroffen ist
Die Canadian Expedition to Study the Alpha Ridge (CESAR) von 1983[14] schien zunächst nahezulegen, dass der Alpha-Rücken eine Verlängerung des Kontinents von Ellesmere Island darstellt, was Auswirkungen auf mögliche kanadische Ressourcenrechte gemäß dem Seerechtsübereinkommen der Vereinten Nationen haben könnte.[15] Andere Forschungen deuten jedoch darauf hin, dass der Rücken wahrscheinlich ein Ergebnis ozeanischer Entwicklung ist.
Bemerkenswerte Ähnlichkeiten zwischen der Geschwindigkeitsstruktur des Alpha-Rückens und der Region Island legen nahe, dass die isländische Struktur ein derzeit aktives Analogon für den Alpha-Rücken sein könnte.[5][2] verglich den Alpha-Rücken mit dem Island-Färöer-Rücken und fand bemerkenswert ähnliche morphologische, geologische und geophysikalische Charakteristika. Er kam zu dem Schluss, dass der Alpha-Rücken keine Hotspot-Spur ist, sondern wie der Island-Färöer-Rücken durch Kanalisierung vulkanischen Materials von einem nahegelegenen Hotspot in ein Spreizungszentrum gebildet wurde.
Neuere Dredge-Proben vom Alpha-Rücken liefern wichtige Hinweise. Radiometrische Datierungen ergaben spätkretazische Alter: Ein Alkalibasalt wurde mittels 40Ar/39Ar-Methode auf ein Alter von 89 ± 1 Jahrmillionen datiert,[16] und eine Trachybasalt-Probe vom Mendelejew-Rücken ergab mittels 206Pb/238U-Zirkon-Datierung ein Alter von 127,5 ± 1,4 Jahrmillionen.[17] Fossilfunde in einem Sedimentkern von der östlichen Flanke des Alpha-Rückens deuten darauf hin, dass dieser Teil des Rückens vor 75 Millionen Jahren ein Archipel bewaldeter Inseln war, der etwa vor 95 Millionen Jahren über dem Meeresspiegel gebildet wurde.[2]
Die Strand-Fiord-Formation[18] auf der nordwestlichen und westlich-zentralen Axel-Heiberg-Insel wird als Kraton-wärtige Fortsetzung des Alpha-Rückens interpretiert.[9] Neueste geochemische Untersuchungen dieser Formation zeigen Ähnlichkeiten mit den Basalten vom Alpha-Rücken und unterstützen die Hypothese, dass ein Mantel-Plume unter dem Alpha-Rücken den HALIP-Magmatismus gespeist hat.[19]
Ozeanographische Bedeutung
Der Alpha-Rücken spielt eine wichtige Rolle für die Tiefenwasserzirkulation des Arktischen Ozeans. Er trennt als bathymetrische Barriere das Makarow-Becken vom Kanadabecken und beeinflusst damit die Zirkulation des Atlantikwassers und der tieferen Wassermassen im Amerasischen Becken.[20]
Der Atlantikwasser-Randstrom, der entlang des eurasischen Kontinentalhangs nach Osten fließt, teilt sich am Lomonossow-Rücken. Ein Teil fließt in das Amerasische Becken, während der Rest entlang des Rückens und durch das Amundsen-Becken zur Framstraße zurückkehrt. Im Amerasischen Becken zirkuliert der Randstrom zyklonal und teilt sich an den verschiedenen Rücken, einschließlich des Alpha-Rückens, in Zirkulationsschleifen auf.[20]
Der Alpha-Rücken hat eine Schwellentiefe von etwa 2400 Metern, die tiefer liegt als die Schwellentiefe des Lomonossow-Rückens. Dies ermöglicht einen begrenzten Tiefenwasseraustausch zwischen dem Makarow-Becken und dem Kanadabecken. Die Eigenschaften des Atlantik- und Zwischenwassers unterscheiden sich deutlich zwischen diesen beiden Becken, was auf Transformation der Wassermassen entlang ihrer Wege im Amerasischen Becken hindeutet.
Interessanterweise zeigt das Tiefenwasser des Makarow-Beckens eine thermische Schicht oberhalb des isothermen und isohalinen Bodenwassers, wobei die Temperatur mit der Tiefe abnimmt, während der Salzgehalt konstant bleibt. Dies schließt eine schrittweise Erwärmung einer alten, fossilen Bodenwasserschicht aus und erfordert, dass kälteres Wasser die Bodenschicht erneuert – möglicherweise durch intermittierenden Austausch über den Alpha-Rücken aus dem Amundsen-Becken.[20]
Aufgrund seiner zentralen Lage im Arktischen Ozean ist das Alpha-Rücken-Gebiet häufig von mehrjährigem Eis (Multi-Year Ice, MYI) bedeckt, obwohl die allgemeine Abnahme der arktischen Eisbedeckung auch hier zu einer Zunahme von einjährigem Eis und offenen Wasserflächen führt.[21]
Geopolitische Aspekte
Die Frage nach der Natur des Alpha-Rückens – ob kontinental oder ozeanisch – hat bedeutende geopolitische Implikationen. Nach Artikel 76 des Seerechtsübereinkommens der Vereinten Nationen können Küstenstaaten ihre Festlandsockelgrenzen über die üblichen 200 Seemeilen hinaus ausdehnen, wenn sie nachweisen können, dass submarine Strukturen eine natürliche Verlängerung ihres Festlandsockels darstellen. Kanada, Russland und Dänemark (über Grönland) haben alle Ansprüche im Arktischen Ozean erhoben, die sich teilweise überschneiden und den Alpha-Rücken einschließen.[22]
Die wissenschaftliche Erforschung des Alpha-Rückens ist daher nicht nur von akademischem Interesse, sondern auch von praktischer Bedeutung für die Klärung von Souveränitätsfragen und Ressourcenrechten, insbesondere im Hinblick auf potenzielle Erdöl- und Erdgasvorkommen in der Region.